本文關(guān)鍵詞：基于靜息態(tài)功能磁共振影像的工作記憶網(wǎng)絡(luò)研究

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【摘要】：腦是人體中最復(fù)雜的器官,是各種認(rèn)知功能實現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。作為認(rèn)知功能的核心,工作記憶(working memory)是對信息進行暫時加工及存儲,且容量有限的記憶系統(tǒng),它是言語理解、學(xué)習(xí)和推理等高級認(rèn)知過程的基礎(chǔ)。另外,一些常見的精神疾病,例如精神分裂癥(schizophrenia),伴隨著工作記憶缺陷。然而,工作記憶及其障礙的神經(jīng)機制目前仍不清楚。因此,本文采用行為學(xué)與影像學(xué)相結(jié)合的方法,研究了正常人工作記憶相關(guān)腦區(qū)的交互機制,并比較了正常人和精神分裂癥患者這種機制的差異。另外,本文還采用了影像遺傳學(xué)的方法,研究了精神分裂癥風(fēng)險基因?qū)︼L(fēng)險人群紋狀體-前額葉回路以及工作記憶的調(diào)控。這些研究有助于理解工作記憶的神經(jīng)機制、揭示精神疾病(尤其是精神分裂癥)與工作記憶障礙之間的關(guān)系以及工作記憶的遺傳基礎(chǔ)。本文的內(nèi)容主要包括以下三個方面:1、前額葉是工作記憶的核心腦區(qū)。因此,基于一組大樣本的功能磁共振成像數(shù)據(jù),本論文首先以雙側(cè)背外側(cè)前額葉皮層(dorsolateral prefrontal cortex)這一工作記憶最重要的腦區(qū)為種子區(qū),采用了種子區(qū)驅(qū)使的功能連接分析與工作記憶相關(guān)分析相結(jié)合的方式,鑒別出了與工作記憶相關(guān)的其它腦區(qū)。接著,本研究使用了譜動態(tài)因果模型(spectral dynamic causal modeling)來量化這些腦區(qū)間的效應(yīng)連接。最后,本研究執(zhí)行了效應(yīng)連接和工作記憶表現(xiàn)之間的相關(guān)分析以揭示工作記憶表現(xiàn)和工作記憶相關(guān)腦區(qū)耦合之間的關(guān)系。結(jié)果表明,雙側(cè)背外側(cè)前額葉和背側(cè)前扣帶皮層(dorsal anterior cingulate cortex)之間,以及右側(cè)背外側(cè)前額葉和左側(cè)眶額-腦島皮層(orbital fronto-insular cortex)之間的靜息態(tài)功能連接與工作記憶表現(xiàn)正相關(guān)。而這些腦區(qū)之間的連接與工作記憶表現(xiàn)的相關(guān)性可能是由從背側(cè)前扣帶到雙側(cè)背外側(cè)前額葉,以及從右側(cè)背外側(cè)前額葉到左側(cè)眶額-腦島的因果影響導(dǎo)致。由于背外側(cè)前額葉是中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)(central-executive network)的核心節(jié)點,背側(cè)前扣帶和眶額-腦島是突顯網(wǎng)絡(luò)(salience network)的核心腦區(qū),本研究的發(fā)現(xiàn)提示靜息態(tài)下中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)和突顯網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點之間的耦合與工作記憶能力相關(guān)�？傊�,本研究揭示了背外側(cè)前額葉相關(guān)的靜息態(tài)效應(yīng)連接與工作記憶表現(xiàn)的關(guān)系,提示了靜息態(tài)效應(yīng)連接能夠反映個體的認(rèn)知能力。2、工作記憶障礙是精神分裂癥的核心癥狀,大量的研究表明精神分裂癥病人的工作記憶網(wǎng)絡(luò)存在異常。因此,本論文的第二個研究基于首發(fā)精神分裂癥患者和匹配的健康控制組的靜息態(tài)功能磁共振成像數(shù)據(jù),對第一個研究的發(fā)現(xiàn)進行了臨床驗證。本研究發(fā)現(xiàn),與控制組相比,首發(fā)精神分裂癥組從背側(cè)前扣帶到雙側(cè)背外側(cè)前額葉的效應(yīng)連接,以及從右側(cè)背外側(cè)前額葉到左側(cè)眶額-腦島皮層的效應(yīng)連接更弱。另外,雖然上述具有顯著組間差異的效應(yīng)連接在健康控制組中與工作記憶表現(xiàn)正相關(guān),但在首發(fā)精神分裂癥組中,背側(cè)前扣帶到雙側(cè)背外側(cè)前額葉的效應(yīng)連接與工作記憶表現(xiàn)無顯著相關(guān)性,而從右側(cè)背外側(cè)前額葉到左側(cè)眶額-腦島皮層的效應(yīng)連接與工作記憶表現(xiàn)呈負(fù)相關(guān)。這些結(jié)果反映了精神分裂癥患者工作記憶加工時自上而下控制(top-down mechanism)的失調(diào),支持了工作記憶相關(guān)的前額葉失連接(dysconnectivity)是精神分裂癥患者的普遍特征這一觀點。3、多巴胺D3受體(dopamine receptor D3,DRD3)基因?qū)穹至寻Y的發(fā)生有著重要影響。然而,這種影響的神經(jīng)機制仍然未知。而DRD3基因rs167771位點的多態(tài)性被認(rèn)為能影響該基因的生物活性。因此,本論文的第三個研究從DRD3rs167771的多態(tài)性入手,揭示DRD3基因異常造成精神分裂癥工作記憶損傷的神經(jīng)機制。由于多巴胺對紋狀體的影響尤為突出,本研究選擇了雙側(cè)紋狀體作為種子區(qū),基于283名健康被試的功能成像數(shù)據(jù),構(gòu)建了精神分裂癥風(fēng)險組和非風(fēng)險組紋狀體和前額葉之間的靜息態(tài)功能連接。為了進一步揭示紋狀體連接與工作記憶的關(guān)系,本研究基于具有組間差異的功能連接的腦區(qū),進行了譜動態(tài)因果模型分析以評估它們的效應(yīng)連接,并進行了這些效應(yīng)連接與工作記憶表現(xiàn)的相關(guān)分析。本研究發(fā)現(xiàn),與非風(fēng)險組相比,風(fēng)險組左側(cè)紋狀體到右側(cè)背外側(cè)前額葉的功能連接更強。另外,不同于非風(fēng)險組的左側(cè)紋狀體和右側(cè)背外側(cè)前額葉之間的功能連接與工作記憶表現(xiàn)正相關(guān),風(fēng)險組該連接與工作記憶表現(xiàn)無顯著相關(guān)性。兩組人群這些腦區(qū)之間連接的差異以及與工作記憶表現(xiàn)的不同相關(guān)性可能是由風(fēng)險組從左側(cè)紋狀體到右側(cè)背外側(cè)前額葉增強的因果影響造成�？傊�,本研究以紋狀體-前額葉連接為中間表型(intermediate phenotype),揭示了DRD3基因與精神分裂癥患病風(fēng)險關(guān)聯(lián)下的神經(jīng)機制。綜上所述,本論文通過將行為學(xué)、遺傳學(xué)和影像學(xué)相結(jié)合,從前額葉腦區(qū)之間以及前額葉腦區(qū)與紋狀體之間的交互作用的角度,探討了正常人群、精神分裂癥患者以及精神分裂癥風(fēng)險人群工作記憶相關(guān)的腦機制。這些研究為揭示工作記憶的神經(jīng)生物學(xué)機制,以及為精神分裂癥的防治提供了重要參考。
【關(guān)鍵詞】：工作記憶 靜息態(tài)功能磁共振成像 功能連接 效應(yīng)連接 譜動態(tài)因果模型
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R338;R445.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 引言12-13
• 1.2 功能磁共振成像及腦功能連接和效應(yīng)連接分析13-18
• 1.2.1 功能磁共振成像13-14
• 1.2.2 腦功能連接和效應(yīng)連接分析14-18
• 1.3 工作記憶的功能磁共振影像研究18-25
• 1.3.1 健康人工作記憶的功能磁共振影像研究19-21
• 1.3.2 精神分裂癥患者工作記憶障礙的功能磁共振影像研究21-25
• 1.4 論文的研究意義、貢獻及創(chuàng)新點25-27
• 1.5 本論文的結(jié)構(gòu)安排27-28
• 第二章 健康人群工作記憶在前額葉相關(guān)的腦功能網(wǎng)絡(luò)表征28-48
• 2.1 引言28
• 2.2 被試和研究方法28-36
• 2.2.1 被試信息28-29
• 2.2.2 數(shù)據(jù)采集29
• 2.2.3 工作記憶范式29-30
• 2.2.4 數(shù)據(jù)的預(yù)處理30-31
• 2.2.5 功能連接分析及相關(guān)分析31-32
• 2.2.6 效應(yīng)連接分析及相關(guān)分析32-36
• 2.3 研究結(jié)果36-43
• 2.3.1 功能連接分析及相關(guān)分析結(jié)果36-38
• 2.3.2 譜動態(tài)因果模型的模型空間38-40
• 2.3.3 效應(yīng)連接分析及相關(guān)分析結(jié)果40-43
• 2.4 結(jié)果討論43-46
• 2.5 本章小結(jié)46-48
• 第三章 精神分裂癥工作記憶障礙在前額葉相關(guān)的腦網(wǎng)絡(luò)表征48-59
• 3.1 引言48-49
• 3.2 被試和研究方法49-52
• 3.2.1 被試信息49
• 3.2.2 數(shù)據(jù)采集49-50
• 3.2.3 工作記憶范式50
• 3.2.4 數(shù)據(jù)的預(yù)處理50
• 3.2.5 感興趣區(qū)的選擇50-51
• 3.2.6 譜動態(tài)因果模型分析51-52
• 3.3 研究結(jié)果52-55
• 3.3.1 兩組被試的人口統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果52
• 3.3.2 感興趣區(qū)52-53
• 3.3.3 組水平比較和相關(guān)分析結(jié)果53-55
• 3.4 結(jié)果討論55-58
• 3.5 本章小結(jié)58-59
• 第四章 DRD3基因?qū)y狀體-前額葉回路及工作記憶的調(diào)控59-72
• 4.1 引言59-60
• 4.2 被試和研究方法60-62
• 4.2.1 被試信息60-61
• 4.2.2 rs167771基因型檢測及分組61
• 4.2.3 數(shù)據(jù)采集61
• 4.2.4 工作記憶范式61-62
• 4.2.5 數(shù)據(jù)的預(yù)處理62
• 4.2.6 功能連接分析及相關(guān)分析62
• 4.2.7 效應(yīng)連接分析及相關(guān)分析62
• 4.2.8 統(tǒng)計分析62
• 4.3 研究結(jié)果62-66
• 4.3.1 兩組被試的人口統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果62-63
• 4.3.2 功能連接分析及相關(guān)分析結(jié)果63-65
• 4.3.3 效應(yīng)連接分析及相關(guān)分析結(jié)果65-66
• 4.4 結(jié)果討論66-70
• 4.5 本章小結(jié)70-72
• 第五章 本文總結(jié)與展望72-75
• 5.1 本文總結(jié)72-73
• 5.2 工作展望73-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-95
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的成果95-96

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